[发明专利]发动机组件

说明书

技术领域

本发明涉及采用涡轮复合机的用于混合动力车辆的发动机组件。

背景技术

随着对全球变暖的日益关注、排放物法规和燃料成本的增加，普遍迫切要求提高内燃机的效率。

因此引入了混合动力车辆以在车辆减速期间回收能量并用以加速/驱动车辆或通过提供电力需求来对该能量加以利用。然而这会导致成本和重量的大幅增加，同时本发明人注意到这无法回收以其他形式浪费的能量，诸如伴随着排气的废热。

WO2006/117701公开了一种用于混合动力车辆的发动机单元，其包括安装在发动机排气管中的机械连接至发电机的燃气轮机。例如，被回收的能量可用于驱动电机或压缩空气来对发动机增压。

US2007/0151241公开了一种内燃机，其包括连接至发电机的排气轮机以及将产生的电流引导至电动机或储能器的控制器。因此，相较于引导涡轮机的能量返回曲轴的直接机械联轴器，要求更有效地利用由涡轮机驱动的发电机产生的电能。

发明内容

根据本发明，提供了一种发动机组件，包括：

发动机控制单元；

具有排气的内燃机；

在使用中，由所述排气驱动的涡轮机；

用于存储通过所述涡轮机从所述排气回收的能量的能量存储机构；

其中，发动机控制单元是可操作的以改变在能量存储机构中的储能率。

优选地，发动机组件包括将来自所述涡轮机的机械能转换成电能的发电机。

优选地，所述发动机控制单元通过改变所述能量存储机构中的储能率来控制所述发动机的背压以控制排气再循环回路中排气的再循环。

本发明还提供了一种包括该发动机组件的混合动力车辆。

优选地，所述车辆用以回收制动时损失的部分能量。

优选地，通过增加所述能量存储机构中的储能率，并将所述发动机移至更高效率的操作点然后至少部分地由所述能量存储机构运行所述车辆，所述发动机控制单元是可操作的以增加所述发动机上的负载。

因此，当能量存储机构中的储能率是可变的，在涡轮机上游产生的背压量也是可变的。通过这种方式，发动机控制单元可控制发动机的多个方面。另外，下游压力同样会受到影响并且可用于控制发动机的其他方面。

在第一实施例中，可选地替代进气节气门，通过经由涡轮机控制发动机的背压，发动机控制单元如此控制发动机的输出功率。通过以这种方式减少气流，而非经由进气节气门对气流进行不可逆地节流，能够经由涡轮机回收能量。

在第二实施例中，发动机控制单元如此控制排气在排气再循环回路中的再循环。通常，可变截面涡轮增压器（VGT）可被操作来产生足够的压力以使排气再循环，或者如果排气再循环在涡轮增压器下游发生，则通常为实现上述目的而使用排气节气门。无论怎样，这样做都是低效的，本发明的实施例可提供这种压力增加并回收一些这样做所需能量（这些能量目前都是被浪费掉的）。使用涡轮复合机来提升整个EGR（排气再循环）系统的压力差的方法可在低压系统和高压系统中使用。

高压EGR回路通常为这样一种回路：气体再循环从涡轮增压器涡轮机的上游开始并且再循环回到涡轮增压器压缩机的下游位置。

低压EGR回路通常为这样一种回路：气体再循环从涡轮增压器涡轮机（或引起气体压力降低的其他装置）的下游开始并且再循环回到涡轮增压器压缩机（或其他所述装置）的上游位置。

改变能量存储机构中的储能率可包括改变涡轮机上的负载。

能量存储机构通常为电池，但也可包括诸如电容器或飞轮的任何适当的装置。

通常，发电机包括在发动机组件中。对于发动机组件包括发电机的实施例而言，发动机控制单元是可操作的以改变发电机所需电压，发动机控制单元可改变储能率并因此改变涡轮机的负载和产生的背压。US7,812,467中描述了一种改变负载的发电机的实例（其全文结合在本文中作为参考），其描述的是IC发动机上的电负载控制方法。

本发明的实施例允许在几乎所有发动机运行状况下回收能量。实际上，本发明的发明人已经注意到接近三分之一的发动机能量通常随着排气浪费。如上所述，对于本发明的实施例而言，这些能量中的很大比例可以被回收。

本发明的确定性实施例的优势在于，它们并非像很多常规混合动力车辆那样仅在车辆制动时回收废能，而是当发动机在任何负载下运行时都可以回收废能。这种能量可用于向车辆提供动力。

确定性实施例的另一优势在于，还可能在能量生成的同时经由电动机使用该能量推动车辆（与在制动时生成能量而不能此时使用该能量的传统混合动力车辆不同）。